- Конструкція і принцип роботи турбін
- Види вітряних електростанцій
- Доцільність встановлення вітрогенератора
- Огляд кращих брендів і установок
- Висновки і корисне відео по темі
Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Вітряки давно перестали бути екзотичною новинкою, зараз їх розглядають як один з можливих варіантів економії. Потоки повітря над земною поверхнею несуть в собі величезну кількість енергії, яку в даний час успішно застосовують в промислових вітротурбін і малих вітряних установках для приватного використання.
Ми розповімо, як правильно вибрати і технічно грамотно встановити вітрогенератор для приватного будинку. У запропонованій нами статті описані правила складання і експлуатації міні електростанцій. Зацікавленим покупцям надано рекомендації щодо вибору, наведено рейтинг популярних моделей.
Конструкція і принцип роботи турбін
Вітрові генератори представляють собою спецпристрої, які трансформують кінетичну енергію вітру в електричну. Це незалежні джерела електроенергії, які відмінно підходять для установки в приватних житлових будинках, на невеликих і середніх фермерських господарствах, виробничих базах.
Конструкція стандартної міні-електростанції для побутового використання включає такі функціональні елементи:
- Лопаті аеродинамічної форми для уловлювання вітру.
- Генератор для продукування змінного струму.
- Контролер для автоматичного управління вітряної станцією. Дозволяє регулювати підзарядку акумуляторів, розподіляє потоки енергії між пристроями.
- Накопичувач. Спеціальні акумуляторні батареї для накопичення згенерованого електрики.
- Інвертор для приведення параметрів вироблюваної енергії до мережевих стандартам.
- Щогла, що підводить лопаті на певну висоту над рівнем землі.
Щогли бувають різними: свободностоящие без розтяжок, жорстко зафіксовані і поворотні на розтяжках. Останні можуть опускатися і підніматися для обслуговування, а також проведення ремонтно-відновлювальних робіт.
Під впливом вітру лопаті, насаджені на генераторний вал, починають обертатися, сприяючи запуску ротора. В результаті відбувається перетворення кінетичної енергії повітряних потоків в механічну, а потім і в електричну енергію. Так виглядає сильно спрощена схема роботи вітряка
Насправді енергія від вітряної електростанції безпосередньо до споживача не надходить. В системі обов'язково повинні бути підключені спеціальні прилади для перетворення електроструму.
У ланцюзі після генератора розміщується контролер. Він конвертує змінний струм в постійний. У такому вигляді електрику акумулюється і зберігається в батареях, а потім від них через інвертор, який трансформує постійний струм в змінний, енергія подається в приватну електромережу.
Така схема дає можливість згладити нестабільність напруги, а також накопичувати енергію в періоди повної відсутності споживання. А це, в свою чергу, дозволяє задіяти вітряні генератори меншої потужності, ніж сумарна потужність побутових електроприладів.
В ході конвертації електроструму за схемою змінний-постійний-змінний відбуваються певні втрати енергії, які становлять приблизно 20%
Разом з автономної вітряної станцією можна встановлювати і сонячні модулі, і паливні генератори.
Якщо задіяно відразу кілька пристроїв для отримання електрики, схему доповнюють ще одним елементом - автоматичним вимикачем (ABP). Він необхідний, щоб при відключенні одного джерела альтернативної енергії запускався інший - резервний.
У складі сучасних вітряних станцій використовуються різні конструкції роторів - обертових частин. Вони мають свої переваги і недоліки, різну ефективність і функціональні можливості. В даний час існує багато розробок автономних систем, здатних взаємодіяти з вітрами різної швидкості і сили.
Види вітряних електростанцій
За типом споживачів розрізняють автономні вітрогенератори і установки мережевого призначення. Перші здійснюють енергопостачання віддалених від центральних електричних мереж споживачів.
Другі - можуть нараховувати кілька десятків / сотень вітряків, які утворюють єдину систему і віддають енергію в загальну мережу. Потужність автономних агрегатів рідко перевищує 75 кВт, в той час як потужність мережевих установок стартує з позначки 100 кВт.
Залежно від типу конструкції розрізняють вітряні генератори:
- з вертикальною віссю обертання;
- з горизонтальною віссю обертання.
Ці пристрої використовуються для різних умов експлуатації, але найчастіше зустрічаються моделі з горизонтальною віссю. Вони працюють як звичайні флюгери і мають схожу будову. Ось ротора обертається паралельно земної поверхні.
Такі агрегати відрізняються високими показниками ККД (близько 40%), простий регулюванням потужності і більш доступною ціною, але також характеризуються високим рівнем створюваного шуму і вібрацій. Крім цього, їх необхідно орієнтувати на напрямок вітру.
Для монтажу вітряка з горизонтальним розташуванням ротора потрібно приблизно 120 м вільного простору і щогла висотою не менше 8 м
Вітряні генератори з вертикальною віссю обертання мають більш компактну конструкцію, вони менш сприйнятливі до впливу факторів навколишнього середовища.
У пристроях цього типу турбіна розташована перпендикулярно по відношенню до площини Землі. Подібні конструкції запускаються навіть від слабкого вітру і не залежать від напрямку руху повітряних потоків.
Низький рівень створюваного шуму (до 30 дБ) дає можливість встановлювати вертикальні вітротурбіни на дахах будівель
Однак є й істотний мінус - ККД таких генераторів складає всього 15%. Крім того, вони коштують дорожче, ніж моделі з горизонтальною віссю обертання.
Моделі вітрогенераторів розрізняються між собою не тільки розташуванням обертальної осі, але і:
- кількістю лопатей - бувають вітряки з двома і трьома лопатями, зустрічаються і багатолопатеву модифікації;
- матеріалами виготовлення функціональних деталей - з вітрильними і жорсткими лопатями;
- кроком гвинта - регульований або фіксований.
Обертання вбагатолопатеву стаціонарних вітряків починається навіть при слабкому вітрі, а ось для роботи двох-і трилопатеві пристроїв потрібен сильніший вітер. У той же час кожна додаткова лопать в конструкції створює більший опір колеса, в результаті чого стає складніше досягти стандартних робочих оборотів генератора.
Залежно від матеріалу виготовлення лопатей для вітроустановки, можуть виникнути певні складності в роботі. Вітрильні елементи простіше у виготовленні, тому й коштують дешевше.
Але якщо необхідно забезпечити надійне функціонування вітротурбіни для автономного електропостачання, варто віддавати перевагу конструкціям з жорсткими лопатями, виготовленими з металу або армованого склопластику.
Що стосується кроку гвинта, то тут також не все так просто. Змінний крок дозволяє помітно розширити діапазон ефективних швидкостей для роботи вітряної станції і це великий плюс. Але в той же час такий механізм знижує загальну надійність стаціонарної установки і значно ускладнює ветроколесо, ускладнюючи експлуатацію агрегату.
Доцільність встановлення вітрогенератора
Малі вітряні електростанції сьогодні широко застосовуються в якості альтернативних джерел електроенергії, які дозволяють домогтися реальної економії.
Подібні пристрої, як правило, встановлюють на дачних ділянках, в зонах, віддалених від основних електромереж. Але це не єдина причина, чому люди все частіше віддають перевагу конструкціям такого типу.
Власники земельних ділянок успішно використовують вітряні генератори, щоб домогтися повної автоматизації та суттєвої економії електроенергії
Однак не кожна зона підходить для установки вітротурбіни. Щоб міні-електростанція повноцінно функціонувала протягом заявленого виробником терміну експлуатації, кліматичні умови місцевості повинні відповідати вимогам спецобладнання.
Середня швидкість вітру не повинна бути менше позначки 4, 5-5 м / с. Лише в цьому випадку монтаж конструкції з вітряком буде економічно виправданий.
Щоб дізнатися приблизні дані про середньорічний швидкості вітру по регіонах, необхідно переглянути спеціальну карту вітрів. Більш точну інформацію можна отримати, використовуючи анемометр і пристрій для зчитування сигналів.
Вимірювальну систему потрібно встановити на великій висоті, щоб близько розташовані споруди і дерева не спотворювали результатів.
Якщо ви вирішили встановити вітряну міні-електростанцію для будинку, також слід подумати про наявність вільного простору. При цьому потрібно врахувати, що вітер повинен абсолютно вільно «гуляти» по лопатей, ну і без перешкод на своєму шляху досягати їх з різних сторін.
Саме тому ідеальним місцем для установки вітротурбіни вважаються вершини пагорбів, де повітряні маси ущільнюються з відповідним збільшенням тиску і швидкості вітру. Також відповідними вважаються морські регіони і степова зона.
Щоб отримати повну віддачу від вітряка, його потрібно встановити в місці, де немає дерев і високих будівель
Будь-які перешкоди в радіусі 250 м будуть впливати на роботу вітрогенератора. Для отримання максимальних показників ККД необхідно встановити вісь турбіни вище рівня перешкод як мінімум на 4-5 м.
Правила вибору обладнання
До підбору вітряного генератора для будинку слід підійти відповідально.
Заздалегідь потрібно зібрати базову інформацію:
- Розрахувати номінальне і максимальне кількість електроенергії для забезпечення потреб будинку.
- Переглянути дані про середньорічний швидкості вітру в зоні проживання, щоб визначити періоди, коли вітряк не діятиме.
- Врахувати кліматичні особливості місцевості. Якщо в зимову пору року відзначаються сильні морози, установка вітряної станції себе не виправдає.
- З'ясувати інтенсивність створюваного шуму при роботі вітрогенераторів.
- Провести порівняння технічних характеристик пристроїв від різних виробників.
Підбір комплектуючих функціональних елементів для вітроенергетичної установки виробляють за номінальним значенням потужності. При цьому грає роль і номінальна швидкість вітру - значення, при яких вітрогенератор виробляє розрахункову кількість електричної енергії.
Якщо максимальну потужність установка видає при швидкості вітру 11 м / с, а у вашій місцевості середній показник досягає позначки 4, 5 м / с, вітряк не постачає заявлене виробником кількість енергії
Акцентувати увагу потрібно і на те, що потужність вітряного генератора залежить від діаметра колеса, сформованого лопатями. При збільшенні розмірів в 2 рази вітряк при тій же швидкості вітру буде виробляти в 4 рази більше електрики.
Також важлива ємність акумуляторних батарей. На випадок затишності в них повинно бути достатньо енергії, щоб забезпечити будинок.
Монтаж приватної вітряної міні-електростанції краще довірити компанії, яка спеціалізується на виконанні такого роду робіт. Головна мета - забезпечити максимальну безпеку. Габаритна конструкція вітряка повинна гарантовано зберігати стійкість навіть в разі екстремальних погодних умов
Малопотужні моделі вітрогенераторів з легкими невисокими щоглами можна встановити самостійно. Центральну опору обов'язково монтують на укріпленому залізобетонному фундаменті. Для бічної стійкості конструкції використовують 3-4 розтяжки.
Зразкові ціни і окупність вітрогенераторів
Популярність вітряних агрегатів зростає з кожним днем. Ними вигідно обладнати великі і дорогі котеджі, на утримання яких потрібно багато електричної енергії.
Доцільно встановлювати вітряки і в населених пунктах, де відсутнє централізоване електропостачання або постачання електроенергії виробляється з постійними перебоями.
Саме в таких випадках на допомогу прийдуть вітрогенератори, використання яких має ряд переваг:
- трансформація енергії повітряних потоків в безкоштовне електрику;
- екологічна безпека вітротурбін;
- відсутність сировини і відходів при виробництві електроенергії;
- мінімальний знос функціональних деталей;
- тривалий термін експлуатації - 25-30 років;
- немає необхідності постійно контролювати роботу вітростанції.
До недоліків відносять мінливість і непередбачуваність сили вітру. Щоб мінімізувати втрати, потрібно дублювання джерела або ж монтаж додаткового буфера для накопичення енергії. Також обертається вітроколесо становить потенційну загрозу для птахів, що летять.
Вітряні електростанції створюють шум, який можна порівняти з шумом автотранспорту при русі зі швидкістю близько 70 км / год. Підвищений рівень шуму не тільки відлякує тварин, але і доставляє дискомфорт людям
Ще один істотний мінус вітроустановок для побутового використання - висока вартість. Ці громіздкі конструкції виготовляються з дорогих матеріалів, в комплекті мають контролер, акумулятори, інверторну установку і щоглу.
Слід зазначити, що побутові вітрогенератори від російських виробників, а також якісні вітряні установки, що випускаються в Китаї, коштують набагато дешевше, ніж європейські аналоги. Вартість вітчизняних вітряків з вертикальною віссю номінальною потужністю до 2 кВт варіюється в діапазоні 1300-2500 $.
Але при такій ціні комплектація включає лише генератор з лопатями. Решту обладнання доведеться придбати окремо або зробити своїми руками. Полнокомплектние установки коштують дорожче приблизно на 40-50%.
Ціна вітряних станцій для домашнього використання потужністю від 3 кВт до 7 кВт набагато вище. Такі генератори з супутнім обладнанням обійдуться покупцеві в 5000-12000 $.
В даний час застосування вітряних установок в якості альтернативи централізованому електропостачання нерентабельно через високу вартість обладнання
І навіть коли присутні перебої в подачі мережного електрики, вітрогенератор встановлювати доцільно не завжди. Простіше і дешевше обійдеться змонтувати систему безперебійного живлення на базі промислових акумуляторів в поєднанні з ДБЖ.
Є сенс монтувати вітроенергетичну установку в місцях, де доступ до централізованої енергоподачі повністю відсутня. Період окупності в цьому випадку становить 25 років.
Перед придбанням компонентів для побудови та встановлення вітряного генератора енергії бажано провести розрахунки за формулами, наведеними в рекомендованої нами статті. Тут же ви знайдете порядок і правила виконання обчислень.
Огляд кращих брендів і установок
На російському ринку вітряних генераторів представлені як надійні відносно недорогі пристрої вітчизняних брендів, так і різні по функціональності моделі вітряків від зарубіжних виробників. Щоб визначитися з вибором установки для будинку, потрібно порівняти характеристики різних агрегатів.
№1 - вітрогенератори Condor Home (Росія)
Серія вітряків для домашнього використання включає пристрої потужністю 0, 5-5 кВт. Вони можуть служити основним джерелом електрики або додатковим. Станції Condor Home адаптовані для експлуатації в умовах низьких температур, здатні продукувати енергію навіть при слабкому вітрі.
Залежно від моделі, корпус генератора виготовлений із пластику або литого алюмінію, лопаті - зі склопластику. Присутній ефективна подвійна система гальмування. Щогла складова, на розтяжках, має висоту 8-12 м. Для установки цих агрегатів потрібен фундамент або бетонний фундамент.
Домашні вітряні генератори Condor Home - повністю готові продукти, для роботи з якими не потрібні спеціальні знання або технічні навички. Пристрої призначені для електрифікації як окремо стоять будівель, так і маленьких населених пунктів в складі вітряних електростанцій
Базова комплектація включає щоглу і розтяжки, генератор, ротор і лопаті, контролер заряду, кріпильні елементи.
№2 - міні-електростанції Falcon Euro (Росія)
Являють собою високотехнологічні вертикально-осьові вітряні генератори потужністю 1-15 кВт. Застосовуються для основного / резервного живлення споживачів, віддалених від ліній електропередач. Можуть бути використані в складі комплексу з сонячними панелями і паливним генератором.
Вітряки оснащені потужними неодимовими магнітами. Стартова швидкість вітру для запуску установки становить 1, 5 м / с, номінальна швидкість - 11 м / с. Встановлений аеродинамічний гальмо сприяє обмеженню обертів колеса. Заявлений термін експлуатації від виробника - 20 років, заводська гарантія на міні-електростанції - 36 місяців.
Вітрогенератори Falcon Euro відрізняються надійністю в експлуатації і невибагливістю в обслуговуванні. За допомогою пристроїв цієї серії легко вирішити проблеми електропостачання локальних, а також острівних об'єктів
У базовий комплект установки Falcon Euro включені кілька функціональних елементів: вітроколесо, генератор і контролер, щогла, закладні деталі. Інверторна установка і акумуляторні батареї підбираються окремо.
№3 - вітряні агрегати Sokol Air Vertical (Росія)
Малі вітроенергетичні установки даного бренду можуть забезпечити електрикою і невеликі котеджі, і середні підприємства. Для побутового використання випускаються пристрої SAV потужністю 0, 5-15 кВт.
Вони характеризуються високою ефективністю при слабких вітрах, безперебійно функціонують при низьких і високих температурах в діапазоні від -50 ° C до +50 ° C, відрізняються низьким рівнем створюваного шуму і стійкістю до зовнішніх впливів.
Генерация электроэнергии агрегатами Sokol Air Vertical не зависит от направления ветра. Вертикально-осевые установки работают в автоматическом режиме без обслуживающего персонала. В конструкции предусмотрена электромагнитная и аэродинамическая система торможения для ограничения оборотов ветроколеса.
Лопасти изготовлены из армированного полиэфира или авиационного алюминия (в зависимости от модели), имеют самораскручивающийся профиль. Генератор – многополюсный трёхфазный с возбуждением от постоянных магнитов.
Ветряки Sokol Air Vertical выдают номинальную мощность при показателях 7-8 м/c, что позволяет использовать их в регионах с низкой среднегодовой скоростью ветра
В базовую комплектацию ветряной электростанции входят: ветроустановка с контроллером заряда аккумуляторов, мачта с растяжками, монтажный набор. Инвертор и аккумуляторы подбираются по техническому заданию отдельно.
№4 - ветрогенераторы Energy Wind (Россия)
Покупателям доступны одно- и трёхлопастные модели продуктов универсального применения мощностью 1-10 кВт. Эти ветряки прекрасно подходят для создания проектов обеспечения электричеством частных жилых домов и коттеджей.
Основу установок Energy Wind составляют прочные лопасти из армированного стекловолокна, окрашенные автоэмалью, и надёжная система вывода из воздушного потока. Эти агрегаты с горизонтальной осью вращения стабильно работают при температурах от -40 до +40 градусов по шкале Цельсия.
Минимальная рабочая скорость ветра – 2 м/с, при некоторых положениях лопасти – 3 м/с, рекомендуемая высота мачты – 8-20 м. Средний срок эксплуатации установок российского бренда составляет 25 лет, официальная гарантия от производителя – 3 года.
Ветрогенераторы Energy Wind не требуют постоянного ухода или техобслуживания, что способствует быстрому реинвестированию вложенных финансовых средств
Базовая комплектация установок включает электрогенератор на постоянных магнитах с узлом крепления к мачте и поворотным механизмом, лопасти, комплект крепёжных элементов для сборки ветроустановки. Мачту, а также контроллер, инвертор и батареи для накопления электроэнергии нужно приобрести отдельно.
№5 - ветряки Altek EW (Китай)
Вид ветротурбин – с горизонтальной осью вращения. Устройства номинальной мощностью от 1 кВт до 10 кВт отлично подходят для решения задач электрообеспечения загородных жилых домов и дач.
Защитный кожух ветряков Altek EW изготовлен из алюминиевого сплава, что существенно облегчает конструкцию. Функциональные металлические части генератора покрыты кремнием для термостойкости.
Лопасти изготовлены из фиброармированного пластика. Стартовая скорость ветра для запуска бытовых агрегатов китайского бренда составляет 2, 5 м/с, номинальная скорость – 12 м/с.
Ветрогенераторы Altek EW – одни из самых доступных устройств для выработки электричества, которые представлены на современном рынке альтернативной энергетики
В состав базовой комплектации включены лопасти, генератор и контроллер. Остальные функциональные элементы для ветряка необходимо докупить.
Если стоимость комплекта заводского производства покажется вам излишне высокой, есть смысл соорудить ветрогенератор своими руками. В рекомендуемой нами статье описано изготовление полезного в хозяйстве агрегата из стиральной машинки.
Висновки і корисне відео по темі
Перспективы использования ветроэнергетических установок:
Принцип функционирования современных ветровых турбин. Как энергия ветра преобразуется в электричество:
Даже сегодня использование ветрогенераторов требует постоянного развития. Возможности и долгосрочные перспективы этого альтернативного способа выработки электроэнергии многообещающие. Однако нужны определённые меры как со стороны производителей оборудования, так и от администраций населённых пунктов.
Установка малых ветряных генераторов для частных домохозяйств проблему энергоснабжения в регионах полностью не решит. Но для отдельных владельцев участков данный вариант может стать выходом из положения.
Расскажите о собственном опыте в выборе или установке ветряка на загородном участке. Пишите, пожалуйста, комментарии, размещайте фото и задавайте вопросы в расположенном ниже блоке. Делитесь технологическими тонкостями и полезными сведениями, которые пригодятся посетителям сайта.